Maintaining transcriptome solubility constrains mRNA sequence composition.

چکیده اصلی

RNA is built from a four-nucleotide alphabet. Complementary sequences inevitably arise, creating pervasive opportunities for promiscuous RNA-RNA interactions. Here, we show that this chemistry makes the transcriptome intrinsically prone to self-association. We simulated the simultaneous interactions of ~7,500 mRNAs representing the Escherichia coli transcriptome at physiological concentrations. These large-scale simulations predict widespread, dynamic clustering driven by RNA alone and organized by long, multivalent transcripts. Purified mRNA recapitulates this behavior in vitro, with aggregate composition mirroring model predictions. Strikingly, native mRNA sequences are markedly less prone to self-association than matched randomized controls: They fold more stably, expose shorter single-stranded regions, and form weaker intermolecular contacts. Similar signatures are observed in abundant human mRNAs, suggesting that evolution has shaped coding sequences to minimize self-association. These findings identify transcriptome solubility as an unrecognized constraint on mRNA sequence evolution and provide a framework for understanding how cells keep their transcriptomes dispersed and functional.

ترجمه فارسی چکیده

رنا از الفبای چهار نوکلئوتیدی ساخته شده است. توالی‌های مکمل inevitably (بدون اجبار) ظاهر می‌شوند که فرصت‌های گسترده‌ای برای تعاملات پراکنده رنا-رنا ایجاد می‌کنند. در اینجا نشان می‌دهیم که این شیمی باعث می‌شود ترنسکریپتوم به طور درونی به خود-همگرایی تمایل داشته باشد. ما تعاملات همزمان حدود ۷۵۰۰ mRNA که نماینده ترنسکریپتوم E. coli در غلظت‌های فیزیولوژیک هستند را شبیه‌سازی کردیم. این شبیه‌سازی‌های مقیاس بزرگ، خوشه‌بندی پویای گسترده‌ای را که تنها با رنا هدایت می‌شود و توسط توالی‌های بلند و چندارزشی سازماندهی می‌شود، پیش‌بینی می‌کنند. mRNA خالص این رفتار را در vitro بازتولید می‌کند، با ترکیب تجمعی که الگوهای پیش‌بینی شده را منعکس می‌کند. شگفت‌انگیز است که توالی‌های mRNA بومی به طور قابل توجهی کمتر به خود-همگرایی تمایل دارند تا کنترل‌های تصادفی شده هم‌خوان: آنها پایدارتر می‌چینند، مناطق تک‌رشته‌ای کوتاه‌تری را آشکار می‌کنند و تماس‌های بین‌مولکولی ضعیف‌تری تشکیل می‌دهند. امضاهای مشابهی در mRNAs فراوان انسانی مشاهده می‌شود که نشان می‌دهد تکامل توالی‌های کدگذاری را برای حداقل کردن خود-همگرایی شکل داده است. این یافته‌ها، حل‌پذیری ترنسکریپتوم را به عنوان یک محدودیت ناشناخته بر تکامل توالی mRNA شناسایی می‌کنند و چارچوبی برای درک اینکه سلول‌ها چگونه ترنسکریپتوم‌های خود را پراکنده و کارآمد نگه می‌دارند، فراهم می‌کنند.

متن کامل اصلی